建安九年（公元204年）二月，袁尚又到平原去進攻袁譚，留部將審配、蘇由鎮守鄴城。曹*進軍到洹水，蘇由打算為曹*作內應，因密謀泄露，蘇由就出城投奔曹*。曹*大軍到達鄴城後，上築土山，下挖地道，發動進攻。袁尚委任的武安縣縣長尹楷駐軍毛城，以保護通向上黨的糧道。夏季，四月，曹*留曹洪繼續攻打鄴城，親自統軍進攻尹楷，擊敗尹楷後回師。又去進攻鎮守邯鄲的袁尚部將沮鵠，攻陷邯鄲易陽縣縣令韓範、涉縣縣長梁岐都獻出縣城，投降曹*。徐晃對曹*說︰「袁氏兄弟還未被打敗，未歸降的諸城都在側耳傾听，應該表彰獎賞這兩個縣的官員，為那些城作個榜樣。」曹*听從了，將韓範、梁岐都封為關內侯。黑山軍首領張燕派使者來拜見曹*，請求派軍協助曹*進攻袁氏兄弟，曹*委任他為平北將軍。
五月，曹*毀去土山、地道，開鑿壕溝，包圍鄴城，圍圈達四十里。最初讓挖得很淺，看去好像可以越過。審配在城上看見，放聲大笑，沒有派兵出來破壞。曹*派人乘夜疏浚，一夜之間，挖成深二丈、寬二丈的深壕，把漳河水引入壕溝，完全斷絕了鄴城內外的聯系。城中人餓死大半。
秋季，七月，袁尚率軍一萬人回救鄴城。在未到前，想讓審配了解外面的形勢，先派主簿、巨鹿人李孚入城。李孚砍下樹枝作為責打人的刑杖，系在馬旁，自己戴上武官用的頭巾，率領三名騎兵，黃昏時到達鄴城。李孚自稱為都督，從北邊進入圍城的曹軍大營，順著標志，向東巡查，一路上不斷叱責守圍的將士，根據違反軍中法紀的輕重，分別給予處罰。經過曹*大營前，巡視到城南，對著鄴城正南的章門，李孚又大聲責罵守圍將士，把他們捆綁起來。然後，李孚乘機批開營門，急馳到城下，向城上呼喊，城上的守軍放下繩子，把李孚等吊上城去。審配等看見李孚，悲喜交加，高聲歡呼「萬歲」！守城將士向曹*匯報，曹*笑著說︰「這個人不但能進城，還會再出來。」他孚知道外邊圍困得更緊，不能再假冒曹軍出城，就請審配把城中的老弱全都放出城去，以節省糧食。晚上，挑選出老弱數千人，讓他們全都手持白旗，從三個城門一同出去向曹軍投降。李孚又帶領那三個騎兵也打扮成投降人的樣子，雜在人群中，乘夜突圍而去。
袁尚的援軍到達以後，曹軍將領們都認為︰「這是思歸之軍，人人都將拼死作戰，不如先避開。」曹*說︰「袁尚如果從大路來，應當避開；如果沿著西山來，則將被我們擊敗。」袁尚果然沿著西山向鄴城出發，在距鄴城十七里的陽平亭，在滏水邊扎營。晚上，點火告知城中守軍，城中也點火相應。審配率軍出城，駐在城北，準備與袁尚內外夾擊，沖破曹軍的包圍。曹*迎擊審配，審配抵擋不住，退回城里。袁尚也被曹軍擊敗，退到漳河拐彎處安營。曹*于是包圍袁尚營寨，還未安全圍住時，袁尚畏懼，派使者向曹*請求投降，曹*拒絕接受，加緊部署包圍。袁尚乘夜逃走，退守祁山。曹*又進軍包圍，袁尚部將馬延、張等臨陣投降，袁尚全軍潰散，袁尚逃往中山。曹軍俘獲了袁尚的全部輜重，得到袁尚的印綬、節杖、黃鉞以及衣物等，拿去給鄴城守軍看，守軍斗志頓時崩潰。審配命令將士們說︰「堅守死戰！曹*已經疲憊不堪了，袁熙率領的幽州援軍就要來到，我們還怕沒有人來作主嗎！」曹*出營巡視圍城部隊，審配埋伏強弩射擊，幾乎射中曹*。
審配哥哥的兒子審榮為鄴城東門校尉。八月，戊寅（初二），審榮乘夜打開城門，放曹軍入城。審配在城中抵抗，被曹軍生擒。辛評的家眷被關在鄴城監獄中，辛毗趕去，打算救護他們，但全家都已被審配下令殺死。曹軍士兵把審配綁起來帶到大帳，辛毗迎面用馬鞭猛抽審配頭部，大罵他說︰「奴才，你今天死定了！」審配瞪著辛毗說︰「狗東西，正是由于你們這些人，冀州才遭到曹軍蹂躪，我恨不能親手殺死你。而且，你今天能決定我的生死嗎！」過了一會兒，曹*接見審配，對他說︰「那天我巡視圍城部隊，你怎麼有那麼多弓弩！」審配說︰「我還恨弓弩少！」曹*說︰「你效忠于袁氏，也不得不那樣做。」有心寬恕審配。但審配意氣壯烈，始終不說一句屈服求饒的話，而辛毗等人在旁號哭不止，曹*遂下令殺死審配。冀州人張子謙先投降了曹*，他一向與審配關系不好，笑著對審配說︰「審配，你到底比我怎麼樣？」審配厲聲叱責他說︰「你是投降的俘虜，而我是忠臣，雖然一死，難道羨慕你活嗎！」等到行刑時，審配大聲命令劊子手讓自己面向北方，說︰「我的君主在北方。」曹*親自去袁紹墓前祭祀，痛哭流涕。安慰袁紹的妻子，退還袁家的金銀財寶，並賜給綢緞絲綿等，發給生活費用。
九月，獻帝下詔，任命曹*兼任冀州牧。曹*接受此職後，辭去所兼兗州牧的職務。
起初，袁尚派從事、安平人牽招到上黨去監督運輸軍糧，牽招還沒有回來，袁尚已逃到中山。牽招勸說並州刺史高干迎接袁尚到並州來，合力以觀察局勢變化，高干不听。牽招于是到東方投奔曹*，曹*仍任用他為冀州從事。曹*又延聘崔琰為別駕，對崔琰說︰「昨天，我翻閱冀州的戶籍，可以征召到三十萬人，所以是個大州。」崔琰回答說︰「如今天下分崩離析，袁氏兄弟自相殘殺，冀州的百姓陷于水深火熱之中，死尸遍布原野而無人掩埋。如今朝廷大軍進駐冀州，沒有听到有慰問民間疾苦，拯救百姓的舉動，反而先計算兵員的數量，唯獨將此放在首位，這豈是敝州百姓對您的期望呢！」曹*改變態度，鄭重地向崔琰道歉。
許攸仗恃功勞，態度傲慢，曾在眾人坐在一起的場合中，喊著曹*的小名說︰「曹阿瞞，要不是我，你得不到冀州！」曹*笑著說︰「你說得對。」但心里感到不高興，後來竟殺掉了許攸。
高干歸降曹*，獻出並州，曹*仍任命他為並州刺史。